具有用于对可充气支撑浮筒进行控制及供电的板载能量管理系统的浮动太阳能光伏阵列的制作方法

本系统涉及浮动太阳能光伏(pv)阵列。

背景技术：

1、目前，可能影响浮动太阳能pv阵列的采用的一个挑战是它们对水质具有未知影响。虽然声称浮动太阳能阵列可为它们的宿主水体提供被动益处(包含减少蒸发及藻类生长)，但关于影响程度的认知仍存在很大差距。期望包含修复或改善水质的系统的浮动太阳能pv阵列。理想地，此系统还将测量及调节重要的水质参数。如将展示，本系统可实现这些目标。

2、其次，尽管过去已结合浮动太阳能阵列使用包含曝气机及扩散器的水修复系统，但对这些修复系统供电是昂贵的且带来一些挑战。用于运行这些修复系统的标准方法是简单地使电力线或压缩空气供应线从岸上延伸到所述太阳能阵列，作为这些水修复装置的电力或空气源。在这种配置中，浮动太阳能pv阵列及水附件装置从电气及控制的角度来看是解耦的。代替地，期望一种可使用已由太阳能pv阵列产生的电力来对这些各种水质修复装置供电的系统。集成浮动太阳能pv阵列及水附件的这种所期望系统可降低水体运营商的水管理成本。由于由所述阵列产生的电力在一天的时间内变化(且在晚上基本上不可用)，因此理想的解决方案还将平衡来自所述阵列本身与来自岸上电网的电力输入，以在它们被需要的特定时间(且以特定量)操作各种水质修复装置。另外，理想的系统还将使用由所述pv模块产生的通常由逆变器削波的电力以对这些各种水质修复装置供电。过去尚未实现逆变器削波电力的这种用法。理想地，此板载电力管理系统将使用逆变器削波电力，而且能够根据需要使用非削波电力或甚至岸上电力补充这个电力，以在不同时间以及在变化的环境及发电状况期间运行各种水质修复装置(及其它装置)。如将展示，本系统解决这些挑战且克服所述挑战。

3、一般来说，浮动太阳能pv阵列的另一最大挑战是它们的高成本(与陆基太阳能pv阵列相比较)。这是由于若干因素。首先，浮动组件往往完全专门在水面上使用，且因此有些昂贵。其次，将这些专门组件运输到它们将被组装及部署的水体可能是昂贵的。再者，在浮动太阳能阵列的实际组装中也会引发额外成本，所述浮动太阳能阵列的建构由于标准安装实践仍在定义中而比陆基阵列更具挑战性。最后，浮动太阳能阵列的维护也更昂贵，因为操作者需要来到水面上以接达所述阵列。

4、代替地，期望一种与现存浮动系统相比较提供降低的成本的浮动太阳能pv阵列。首先，将期望降低各种组件本身的成本。因而，也将期望减小这些组件的大小及重量(以降低它们的运输成本)。最后，将期望提供一种快速且易于组装(使得减少组装时间及相关联劳动成本)的浮动太阳能pv阵列。如本文中将展示，本系统通过提供廉价且轻量的系统来实现这些目标。当被运输及组装时，可相对容易且廉价地紧凑化本系统。另外，本系统使用比通常在浮动太阳能pv阵列中发现的组件相对更少的组件来支撑pv模块。

5、浮动太阳能pv阵列的另一常见问题是在所有它们的组件已被组装及部署到水体上之后可能很难接达所述组件。如将展示，本系统具有容许操作者容易地在所述阵列在水体上浮动的同时接达所述阵列的各种部件的设计特征。

6、浮动太阳能pv阵列的另一问题是它们通常不会移动它们的pv模块定向来跟踪太阳的移动。如将展示，本系统包含任选机构，所述机构通过调整pv模块相对于地平线的倾斜角以及任选地通过在水面上旋转所述阵列以跟踪太阳的移动两者来移动pv模块。因而，可使用本系统实现对太阳的多轴跟踪。

技术实现思路

1、在优选方面中，本系统包含一种用于使用浮动太阳能光伏(pv)阵列上产生的电力对附件装置供电的系统，其包括：多个pv模块；多个浮动浮筒，其用于将所述pv模块支撑在水面上方；逆变器，其用于从所述pv模块接收dc电力且将所述dc电力转换成ac电力，其中所述逆变器具有ac电力极限，使得高于所述ac电力极限而接收的任何电力将由所述逆变器来削波；至少一个电动附件装置；电力线，其从所述浮动太阳能阵列延伸到岸上电网；及能量管理电力控制系统。

2、所述能量管理控制系统经配置以将电力发送到至少一个电动附件装置(其优选地包含水修复装置、空气压缩机、系泊系统或其它装置)。发送到这个附件装置的所述电力包含已由所述逆变器削波的电力。这种方法的优点(即：使用逆变器削波电力来对所述附件装置供电)在于，其使用否则将被损耗且不被发送到岸上的电力对所述附件装置供电。然而，在任选方面中，发送到所述附件装置的所述电力还可包含尚未由所述逆变器削波的电力。这种方法包含将否则可能已从所述阵列直接发送到所述岸上电网的电力发送到所述附件装置。这种方法在有必要使所述电动附件装置接通(例如，在延长的水修复期间)，但所述逆变器削波电力本身不足以对所述水修复装置供电时的短时间段内可能是有益的。因此，本能量管理控制系统随着时间的推移平衡(及改变)这两个不同电源。例如，当所述阵列的电力输出较低(使得所述逆变器削波电力将不能单独保持所述曝气机运行)时，可从所述pv模块发送所述非削波电力中的一些以保持曝气机在一天的晚些时候运行。在任选的优选方面中，本能量管理控制系统还经配置以通过从所述浮动太阳能阵列延伸到所述岸上电网的电力线接收电力以将电力发送到至少一个电动附件装置。再者，随着时间的推移，可平衡及控制这个第三电源。因此，本能量管理电力控制系统经配置以通过在一定时间段内可调整地改变从以下电源中的每一者接收的电力的量来将电力发送到至少一个电动附件装置：(i)从所述pv模块接收的已由所述逆变器削波的电力；(ii)从所述pv模块接收的尚未由所述逆变器削波的电力；及(ii)从所述岸上电网接收的电力。准确来说，可实现三向电力平衡。

3、在优选方面中，所述电动水修复附件装置是水质装置，是曝气机、扩散器、地下搅拌机、地下水循环器或水质传感器中的一或多者。在其它方面中，所述电动附件装置是用于对所述多个浮筒充气的空气压缩机。在另外其它方面中，所述电动附件装置是定位系泊装置、面板清洗机或驱鸟系统。

4、在各个方面中，本浮动太阳能pv阵列包括：(a)多个可充气上支撑浮筒，其上具有上安装硬件；(b)多个下支撑浮筒，其上具有下安装硬件；及(c)多个太阳能光伏模块，其中每一太阳能光伏模块具有连接到所述可充气上支撑浮筒中的一者上的所述安装硬件的上端及连接到所述下支撑浮筒中的一者上的所述安装硬件的下端。所述可充气上支撑浮筒上的所述安装硬件比所述下支撑浮筒上的所述安装硬件更高(即：离水面更远)以由此固持所述太阳能光伏模块中的每一者与下方水面成倾斜角。另外，本系统的安装硬件包含最少的部件。在一个实施例中，仅使用钩子或模块安装脚来将所述pv模块的端附接到所述上及下支撑浮筒中的每一者。

5、本系统还包括空气歧管系统。如本文中所描述，所述空气歧管系统可包含任何空气源。因而，所述空气源可包含空气压缩机或空气罐或其组合。提供气动管道来将所述空气源连接到所述多个可充气支撑浮筒中的每一者。还优选地提供压力传感器以供确定所述可充气支撑浮筒中的气压。空气歧管控制系统控制所述可充气支撑浮筒中的所述气压。优选地，整个空气歧管系统由所述太阳能光伏阵列中的所述光伏模块来供电。因而，本系统在感测及维持其内部气压方面可为完全独立的。这提供众多益处。例如，如果所述支撑浮筒中的任一者中的气压下降，那么本系统能够检测压降且提供校正并将所述支撑浮筒重新充气到所期望压力范围内。本独立浮筒充气控制系统的特定独特优点在于，可改变所述上支撑浮筒中的压力以调整所述pv模块朝向太阳的入射角。另外，如果所述系统受到不利天气条件的影响，那么出于安全原因，可对所述上支撑浮筒部分放气以“装载”所述系统。

6、本系统的支撑所述太阳能pv模块的上及下浮筒的重要优点在于，它们显著地减少所述阵列中的组件的物理运输体积。具体来说，由于所述上浮筒是可充气的，因此它们是轻量的且在运输期间可理想地折叠及紧密打包在一起。在各个方面中，所述下浮筒也可为可充气的，从而进一步减小本系统的运输大小及重量。在优选实施例中，所述上支撑浮筒可简单地为具有直接附接到其的安装硬件的可充气圆筒。

7、在优选方面中，所述太阳能光伏模块中的每一者的所述倾斜角可通过调整所述可充气上支撑浮筒中的充气水平来调整。这有利地提供跟踪太阳在一天的时间内的移动以优化所述阵列中的发电的能力。

8、在优选实施例中，所述下支撑浮筒可具有充当支撑操作者的重量的走道的平坦化顶表面。此平坦化顶表面有利地容许容易地在水面上的初始组装及其后的系统维护两者期间接达。

9、在优选方面中，所述上及下支撑浮筒将所述太阳能pv模块中的每一者固持在水面上方，使得每一太阳能pv模块的中心部分悬挂在水面正上方，而没有机械结构定位在正下方。因而，所述太阳能pv模块各自简单地悬挂在水面上方，其中所述可充气上支撑浮筒中的任一者与所述下支撑浮筒中的任一者之间的唯一机械连接是通过所述太阳能光伏模块本身。这种设计的优点在于，其显著地减少系统支撑硬件的总量。事实上，所述可充气上支撑浮筒中的每一者上的所述安装硬件可简单地包含热焊接或粘性连接到所述可充气上支撑浮筒的u形环连接器。相比之下，现存浮动太阳能阵列往往需要多得多的紧固组件。

10、在优选方面中，本系统还包含电动附件，所述电动附件可为曝气机、扩散器、地下搅拌机、地下水循环器、地下定位/系泊系统、水质传感器；pv模块面板清洗机，或甚至或驱鸟系统，或其某个组合。曝气机、扩散器、地下搅拌机、地下水循环器及水质传感器的优点在于，它们可被用来改善水质。地下系泊系统的优点在于，其可被用来将所述阵列保持在优选位置处，且任选地旋转所述阵列以跟踪太阳在天空中的移动。面板清洗或驱鸟系统的优点在于，它们可被用来最大化来自所述阵列的发电。在所有情况下，这些不同电动附件优选地使用来自所述阵列本身中的所述pv模块的逆变器削波电力来供电。如上文所述，这些各种附件可完全由所述阵列来供电，或所述阵列有时可对这些附件供电。本能量管理控制系统确定在什么时间及以多少量使用哪个(些)电源。所述能量管理控制系统还在变化的条件下随着时间的推移调整这些各种能量源。因而，所述能量管理控制系统可供应由所述阵列中的所述pv模块产生的电力(包含逆变器削波电力及尚未由所述逆变器削波的电力两者)连同任选电源，包含板载电池或到所述岸上电网的电力连接线或两者。在最优选方面中，且在大部分时间期间，所述电动附件可有利地由来自所述太阳能pv模块的尚未由逆变器削波的输出来供电。因而，所述附件可从否则将被损耗且不会被送到岸上的电力来供电。

11、本系统的其它优点在于，存在其中可部署所述系统的各种各样的不同配置或布局。例如，个别太阳能pv模块可布置成行，其中所有所述太阳能pv模块朝南。替代地，所述太阳能pv模块可布置成交替行向东及向西成角度。所述个别太阳能pv模块可全部布置成纵向定向。然而，替代地，所述个别太阳能pv模块可全部布置成横向定向。

12、在各种优选实施例中，本太阳能pv阵列可具有呈不同配置的不同数目个上及下支撑浮筒。例如，在各种布置中，所述太阳能pv模块中的每一者可具有它们自身的专用上支撑浮筒。替代地，两个或更多个太阳能pv模块可共享同一上支撑浮筒。另外，尽管若干太阳能pv模块可安装到同一下支撑浮筒，但本阵列的宽度可通过将多于一个下支撑浮筒连结在一起来扩展。